核心提示
福建有著超過3300公里的海岸線，海洋是福建的“海上農(nóng)田”。海洋種業(yè)，是海上養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的“芯片”，是保障“海上農(nóng)田”“藍(lán)色糧倉”的關(guān)鍵。福建海洋種業(yè)發(fā)展水平如何？如何發(fā)揮科研優(yōu)勢，突破海洋水產(chǎn)育種技術(shù)？
作為目前我國水產(chǎn)育種領(lǐng)域獲批的兩個(gè)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，也是全國首批、福建首個(gè)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——海水養(yǎng)殖生物育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，聚焦優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病、抗逆的魚、蝦、貝、藻等海水養(yǎng)殖新品種創(chuàng)制及轉(zhuǎn)化應(yīng)用，攻關(guān)突破種業(yè)“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)，服務(wù)國家藍(lán)色食品產(chǎn)出與海洋種業(yè)發(fā)展重大戰(zhàn)略需求。
該實(shí)驗(yàn)室在“大黃魚育種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化重組，依托寧德市富發(fā)水產(chǎn)有限公司、廈門大學(xué)、集美大學(xué)、福建農(nóng)林大學(xué)共同組建，于2022年11月經(jīng)科技部批準(zhǔn)建設(shè)，重組后聚焦海水養(yǎng)殖業(yè)重大良種需求，匯集福建省海水養(yǎng)殖生物方向的平臺、技術(shù)與人才等，使產(chǎn)學(xué)研結(jié)合更加緊密，為海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐。
近日，記者走訪海水養(yǎng)殖生物育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，窺探“藍(lán)色糧倉”里的種業(yè)創(chuàng)新力量。
破解“基因密碼”
創(chuàng)“中國芯”
早上8時(shí)，在位于寧德市的海水養(yǎng)殖生物育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，科研人員柯巧珍和同事們正在對大黃魚進(jìn)行組織采樣，開展基因測試，檢測大黃魚種苗的生長、健康狀況。
“在這里，我們運(yùn)用芯片和大數(shù)據(jù)技術(shù)來檢測大黃魚的基因，快速選出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的大黃魚親本，用于大黃魚育種。”柯巧珍說。
作為我國特有的地方性海水魚類，大黃魚曾居我國海洋“四大漁業(yè)”之首，但因過度捕撈，到20世紀(jì)70年代，大黃魚資源瀕臨枯竭。
30多年來，通過科技支撐、品牌優(yōu)先、提質(zhì)養(yǎng)殖、做深加工等舉措，寧德大黃魚從瀕臨滅絕的物種發(fā)展壯大為年產(chǎn)值上百億元的富民產(chǎn)業(yè)。
然而，多年來，“白點(diǎn)病”一直是大黃魚養(yǎng)殖戶的“心病”，每年秋末、春初大黃魚病多發(fā)，感染后的魚類死亡率少則三成，多則九成，損失慘重。
如何破題？從2017年起，海水養(yǎng)殖生物育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院副院長徐鵬教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，與寧德企業(yè)合作，勇闖“無人區(qū)”，將抗刺激隱核蟲大黃魚選育作為第一個(gè)選育方向。
魚類的抗病育種，尤其是針對寄生蟲病的抗病育種工作，在世界范圍內(nèi)都是極具挑戰(zhàn)性，困難重重。
“大黃魚的‘白點(diǎn)病’，是由海水中的刺激隱核蟲引起的寄生蟲疾病。”徐鵬說，首先，團(tuán)隊(duì)收集并孵化出“白點(diǎn)病”的感染源——刺激隱核蟲的幼蟲。
在寧德大黃魚育種基地，徐鵬團(tuán)隊(duì)先用這些寄生蟲對健康的大黃魚進(jìn)行人工感染，結(jié)果顯示，大黃魚養(yǎng)殖群體內(nèi)部存在對刺激隱核蟲感染抗性的個(gè)體差異和多態(tài)性。它們雖被感染，但仍有不少個(gè)體可以存活，而這些存活的正是團(tuán)隊(duì)要尋找的“優(yōu)等生”。
但如何在不感染魚群的情況下，優(yōu)中選優(yōu)，培育“抗病的大黃魚”？
緊接著，徐鵬團(tuán)隊(duì)與寧德市富發(fā)水產(chǎn)有限公司開展產(chǎn)學(xué)合作，依托大黃魚育種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺，聯(lián)合開發(fā)出首個(gè)大黃魚基因組育種芯片——“寧芯”系列高通量SNP芯片。
這小小的芯片由二氧化硅制作而成，上面分布著幾十萬個(gè)DNA探針，將從魚鰭中提取的DNA放在芯片上檢測，就能快速準(zhǔn)確地獲取大黃魚幾十萬個(gè)基因位點(diǎn)的信息�！斑@些基因位點(diǎn)就是抗性大黃魚的‘遺傳密碼’�！毙禊i說。
芯片的開發(fā)，幫助團(tuán)隊(duì)進(jìn)行大黃魚海量基因型的準(zhǔn)確鑒定，大大提高了抗“白點(diǎn)病”新品系選育工作的準(zhǔn)確性和效率。正是借助超級計(jì)算機(jī)和育種算法，大黃魚“優(yōu)等生”的秘密得以破解。
這也是目前國際上首次針對嚴(yán)重危害海水養(yǎng)殖魚類的刺激隱核蟲病開展技術(shù)攻關(guān)并取得顯著進(jìn)展的抗蟲育種工作，通過持續(xù)的累代選育，最終獲得可以推廣的養(yǎng)殖大黃魚抗病新品種。
2021年底，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“中國芯”——“寧芯3號”液相育種芯片并投入應(yīng)用，進(jìn)一步降低基因分型成本、提高基因分型效率，為大黃魚種質(zhì)資源保護(hù)、種業(yè)科技創(chuàng)新和種業(yè)振興再添“利器”。
全基因組選擇是目前育種領(lǐng)域的前沿技術(shù)，要進(jìn)行全基因組選擇，就要掌握高通量分型技術(shù)。隨著研發(fā)的迭代，“寧芯”系列芯片分型通量不斷加大、成本不斷降低、速度不斷加快、準(zhǔn)確率不斷提高。
近日，實(shí)驗(yàn)室又有令人振奮的成果——大黃魚“寧芯4號”研發(fā)成功。徐鵬透露，該芯片在基因分型準(zhǔn)確性與“寧芯3號”一致的基礎(chǔ)上，基因分型成本降低一半；基于基因型填充技術(shù)，可以高效精準(zhǔn)獲取5.5萬多個(gè)基因座位的基因型數(shù)據(jù)，為高效開展大黃魚基因組選擇育種應(yīng)用提供技術(shù)支撐。
8年來，“寧芯”系列芯片技術(shù)已推廣至全國9家科研單位和育種企業(yè)，已完成18570份大黃魚樣本檢測，新增產(chǎn)值269.265萬元。該系列芯片的成功研發(fā)，推動(dòng)大黃魚基因組育種的全面“芯片化”，從而大大推進(jìn)大黃魚良種選育的高速發(fā)展。
攥緊種業(yè)“中國芯”，筑牢“海上糧倉”。海水養(yǎng)殖生物育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室不僅擁有頂尖的大黃魚芯片技術(shù)，還著力開發(fā)“鮑芯”系列育種芯片。
皺紋盤鮑是我國最主要的鮑魚養(yǎng)殖品種，而福建夏季的持續(xù)高溫常常造成鮑魚的大量死亡。與國外的鮑魚產(chǎn)品相比，我國的大規(guī)格鮑魚產(chǎn)品稀少，大鮑需要依賴國外進(jìn)口，而解決上述問題最有效的手段就是選育優(yōu)良性狀的鮑品種。
基于皺紋盤鮑全基因組序列及數(shù)十萬份重測序數(shù)據(jù)，廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院柯才煥團(tuán)隊(duì)用液相探針雜交靶向基因分型技術(shù)，開發(fā)了皺紋盤鮑40K液相育種芯片“鮑芯1號”，該芯片能夠?qū)Σ煌U魚群體的遺傳變異進(jìn)行有效區(qū)分，提高鮑種質(zhì)育種的效率。
把論文“寫入”海區(qū)
讓種業(yè)企業(yè)強(qiáng)起來
中國是世界第一養(yǎng)鮑大國，我國鮑魚產(chǎn)量占全球的90%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值約500億元，鮑產(chǎn)業(yè)以1%的貝類產(chǎn)量創(chuàng)造了15%的貝類產(chǎn)值，是我國重要的海水養(yǎng)殖貝類。
在靠海吃海的晉江，鮑魚是這里的農(nóng)業(yè)優(yōu)勢產(chǎn)品，因此，培育優(yōu)質(zhì)的種鮑至關(guān)重要。
在金井鎮(zhèn)南江村海岸邊的晉江福大鮑魚水產(chǎn)有限公司(以下簡稱“福大鮑魚公司”)育種車間，廈門大學(xué)高級工程師駱軒正在和公司技術(shù)員觀察鮑魚種苗的生長狀況。秋季10月，鮑魚就將進(jìn)入繁殖季，科研人員挑選了最大體重能達(dá)到1千克的綠鮑，準(zhǔn)備跟皺紋盤鮑進(jìn)行雜交育種，為漁民培育足夠的鮑魚苗。
“鮑魚育種，首先是選出種鮑，但種鮑數(shù)量非常少，需要通過對它進(jìn)行擴(kuò)繁，等到性腺成熟后就變成親鮑，這些親鮑就可以受精繁殖出小苗用于出售了。”駱軒說。
2007年，福大鮑魚公司和廈門大學(xué)開展產(chǎn)學(xué)研合作，引進(jìn)了國內(nèi)頂尖鮑魚育種團(tuán)隊(duì)，當(dāng)時(shí)，還在讀博士的駱軒便是其中一員。“雙方合作從那時(shí)起，至今沒有中斷過�！瘪樮幷f。
福大鮑魚公司成立于2006年。2013年，受國內(nèi)外海鮮消費(fèi)市場低迷的影響，公司一度出現(xiàn)經(jīng)營困難，陷入養(yǎng)得越多虧得越多的窘境。
“為什么我們不轉(zhuǎn)變思路，做鮑魚產(chǎn)業(yè)金字塔的頂端，開展商業(yè)化鮑魚育種？而且我們本身已經(jīng)有這樣的科研基礎(chǔ)支持�！瘪樮幍囊痪湓�，“點(diǎn)醒”了企業(yè)方。從此，福大鮑魚公司開始了轉(zhuǎn)型升級之路。
鮑魚是福建水產(chǎn)千億產(chǎn)業(yè)的龍頭，年產(chǎn)值200多億元，占全國鮑魚產(chǎn)量的80%。種苗作為養(yǎng)殖業(yè)利潤的金字塔頂端，成為晉江企業(yè)攻堅(jiān)的目標(biāo)。
“這一片原來都是養(yǎng)殖車間，都是養(yǎng)成品鮑，后來我們改成養(yǎng)種鮑、養(yǎng)親鮑，這個(gè)單產(chǎn)價(jià)值就提上來了�！瘪樮幓貞浀�。
在廈門大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)幫助下，福大鮑魚公司開展了大規(guī)模的設(shè)備升級改造工作。與此同時(shí)，鮑魚種業(yè)工程、智能型鮑魚循環(huán)水養(yǎng)殖示范基地建設(shè)也緊鑼密鼓地展開……
在生物界，鮑魚也存在不能適應(yīng)自然生態(tài)環(huán)境而減產(chǎn)或種鮑近親繁殖嚴(yán)重導(dǎo)致性狀退化的情況，如何馴化、培育出更具生態(tài)競爭力和商業(yè)價(jià)值的鮑魚新品種？這成為擺在廈大鮑魚育種團(tuán)隊(duì)面前的大課題。
當(dāng)時(shí)，西盤鮑成為團(tuán)隊(duì)的主要研究對象。這是一個(gè)從日本長崎引進(jìn)的母鮑和晉江本地的父系皺紋盤鮑雜交獲得的新品種。
駱軒說，一個(gè)新品種(成型)要經(jīng)過4代以上的培育，每一代需要2～3年。若是兩年的話，就需要8年時(shí)間，加上2～3年的中試示范推廣，才能進(jìn)行小規(guī)模的推廣應(yīng)用，最終才有機(jī)會去申報(bào)國家級的新品種。
2014年，新培育的國家級鮑魚新品種西盤鮑推向市場，取得不錯(cuò)的效益。接著，團(tuán)隊(duì)培育出的綠盤鮑更令人刮目相看，其養(yǎng)殖單產(chǎn)比普通品種提高2倍以上，產(chǎn)值提高3倍以上，得到廣大養(yǎng)殖戶的認(rèn)可。
眼下，通過開展西盤鮑、綠盤鮑等國審水產(chǎn)新品種的示范應(yīng)用及皺紋盤鮑“福海1號”新品系的研發(fā)，企業(yè)在鮑魚苗種產(chǎn)品高中低三個(gè)層次的產(chǎn)品體系實(shí)現(xiàn)了全覆蓋，形成年產(chǎn)新品種鮑苗1000多萬粒、種鮑50萬粒以上的規(guī)模，確保終端市場穩(wěn)定獲得綠色、安全、健康的鮑魚產(chǎn)品。
隨著合作的深入，福大鮑魚公司從幾口育種池起步，到擁有了3500平方米的育種車間，每年可繁育形成200多個(gè)鮑魚家系、10多個(gè)鮑魚種質(zhì)資源群體，牢牢確立了行業(yè)領(lǐng)先地位。
“通過開展產(chǎn)學(xué)合作，我們先后實(shí)施多個(gè)省部級重大科研項(xiàng)目�！瘪樮幗榻B，依托企業(yè)，團(tuán)隊(duì)建成國際一流、國內(nèi)最大的鮑魚育種基地——福建省鮑魚遺傳育種中心。該中心保存有鮑魚種類7個(gè)、國家級鮑魚新品種3個(gè)、選育品系33個(gè)、家系320余個(gè)，現(xiàn)已成為我國保有鮑魚遺傳材料最為齊全、制種能力最強(qiáng)的種質(zhì)資源庫。
今年1月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公布新一輪國家級水產(chǎn)良種場批準(zhǔn)名單，福大鮑魚公司獲批為國家級皺紋盤鮑良種場，成為全省首家正式入編“國家隊(duì)”的水產(chǎn)良種企業(yè)。
科研團(tuán)隊(duì)與企業(yè)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，助力海洋產(chǎn)業(yè)欣欣向榮。目前，晉江已形成產(chǎn)值超10億元的鮑魚全產(chǎn)業(yè)鏈新業(yè)態(tài)，建成2個(gè)國家級“一村一品”鮑魚養(yǎng)殖示范村，“金井鮑魚”入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部全國名特優(yōu)新農(nóng)產(chǎn)品，促進(jìn)了當(dāng)?shù)貪O業(yè)轉(zhuǎn)型升級。
福大鮑魚公司的“試驗(yàn)田”，試出了一條水產(chǎn)種業(yè)育、繁、推一體化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路，也為水產(chǎn)品育種打了樣。
“做育種工作要‘頂天’，就是要做最前沿的研究，解決行業(yè)里最棘手的難題；又要‘立地’，就是要與產(chǎn)業(yè)對接，深入一線，用技術(shù)服務(wù)社會。”駱軒表示。
聯(lián)合育種
煥發(fā)“芯”動(dòng)力
量身長、測體重、做心率檢查、參加游泳測試……在海水養(yǎng)殖生物育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，科研團(tuán)隊(duì)探索的腳步并未停下，他們?yōu)榇簏S魚設(shè)計(jì)了一個(gè)個(gè)“賽程”，通過人工智能反映大黃魚的抗性，借“跑步機(jī)”選育“運(yùn)動(dòng)健將”級別的大黃魚……
育種的道路上，沒有最好，只有更好。
心率是評估魚類生理狀態(tài)的重要指標(biāo)，而目前主流的魚類心率測量方法常需要侵入魚體或需要復(fù)雜精細(xì)的操作。實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)在國際上首次將反射型PPG(穿戴式手環(huán)手表的心率測量方法)和rPPG(一種通過攝像頭測量心率的方法)引入魚類心率測量領(lǐng)域。
近日，相關(guān)研究成果“利用光電容積脈搏波描記法可進(jìn)行非侵入式魚類心率測量”，在國際實(shí)驗(yàn)生物學(xué)知名期刊Journal of Experimental Biology上成功發(fā)表。
“這是一個(gè)集成了光發(fā)射器和光接收器的光電傳感器�！笨蒲腥藛T說著，將一個(gè)指甲蓋大小的傳感器放在大黃魚身上，通過傳感器能檢測到大黃魚活體組織中血液容積的變化，從而得到心率數(shù)據(jù)。
另一種方法，則是通過攝像頭來捕捉大黃魚在心動(dòng)周期引發(fā)的皮膚顏色細(xì)微變化而判別，從而為研究魚類在自由狀態(tài)下的心率測量提供了基礎(chǔ)�！斑@種方法常用于人類心率和脈搏的遠(yuǎn)程監(jiān)測，在魚類的研究中未曾被報(bào)道過�！笨蒲腥藛T說。
傳統(tǒng)測量方法可能會對魚造成傷害或操作復(fù)雜，而這些非侵入式方法既不會傷害魚，操作簡便，能更高效、準(zhǔn)確地測量大黃魚心率，還能應(yīng)用在大黃魚的健壯性育種等方面，為大黃魚養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持和新的研究思路。
非侵入式的大規(guī)模測評大黃魚系統(tǒng)，只是該實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的表型測評精準(zhǔn)評價(jià)技術(shù)裝置之一。此外，該實(shí)驗(yàn)室還研制了鮑心率性狀的精準(zhǔn)化測評系統(tǒng)等多套裝置。
目前，該實(shí)驗(yàn)室已構(gòu)建大黃魚、鮑、對蝦、紫菜種質(zhì)資源庫，創(chuàng)立了一系列種質(zhì)資源遺傳評價(jià)技術(shù)體系，并且成功培育了一系列水產(chǎn)新品種。
聯(lián)合育種作為一種高效且創(chuàng)新的育種模式，正逐漸成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。該實(shí)驗(yàn)室與中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所、寧波市海洋與漁業(yè)研究院、廣東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心、廣東省鰉鯨海洋生物科技有限公司開啟了聯(lián)合育種。
“通過聯(lián)合育種，我們確定大黃魚的群體，進(jìn)行后續(xù)研究工作的開展，以實(shí)現(xiàn)大黃魚遺傳資源的收集、評估與共享�！笨虑烧湔f，大黃魚形態(tài)上的差異很難通過人肉眼進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化判斷，而基于“寧芯3號”液相芯片基因分型平臺，對不同海域的大黃魚基因進(jìn)行檢測和分析，實(shí)現(xiàn)對大黃魚各地理群體進(jìn)行精準(zhǔn)劃分，也可以對經(jīng)過幾代選育形成的新品系進(jìn)行精準(zhǔn)品系鑒定，有助于提高育種效率，培育具有良好性狀的新品種。
為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化安上“中國芯”，把論文“種”進(jìn)大海，種業(yè)創(chuàng)新是推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心動(dòng)力。湛藍(lán)大海里的魚、蝦、貝、藻產(chǎn)量產(chǎn)值大幅升級、多元發(fā)展的背后，是育種技術(shù)的不斷突破。(記者 李珂)